板块俯冲带和大陆岩浆弧的深部过程与极端地质事件之间存在密切的关系。板块俯冲与造山过程会导致地震、岩浆活动和成矿等事件的发生。这些极端事件的发生与俯冲过程中的壳幔相互作用、地幔楔形成、岩石圈部分熔融、构造-岩浆活动等因素密切相关。然而,人们对洋中脊新生地壳的不均匀性或先天“缺陷”对以上的极端事件的长远影响和远程效应了解甚少。在洋中脊新的地壳形成过程中,由于受到板块扩张、压力降低、软流圈物质上涌等因素的作用,导致新生地壳温度升高、孔隙度和裂缝发育、密度降低、结构复杂的正反馈过程。因此,新生地壳在密度、强度、温度、厚度等方面存在非均质性。这些地壳的差异性将影响和决定板块在扩张和俯冲过程中的行为,并对板块俯冲作用形成的地震、岩浆和成矿等事件产生远程影响。以太平洋俯冲和安第斯造山带为例研究发现,板块运动速度、板块俯冲角度、板片撕裂、岩石圈厚度、Moho面深度等的突变与地震、火山和斑岩矿床的时空分布存在远程关联效应,这些认知对预测板块俯冲-碰撞带发生的极端地质事件的时空分布具有重要意义。

本文总结评述了西太平洋板块深俯冲及在东亚地幔过渡带滞留和与之相关的晚白垩世和新生代东亚板内玄武岩共同构成的大地幔楔板内深部碳循环圈存在的证据;探讨了大地幔楔板内碳循环圈与岛弧系统碳循环圈在地幔碳酸盐化交代介质、碳酸盐种属、氧化还原反应及碳酸盐化地幔部分熔融发生机制等方面的差异和对显生宙大气氧含量保持稳定及温室效应周期性变化的影响;并指出了定量估计深俯冲碳酸盐歧化反应还原成金刚石而留在地幔过渡带和通过板内玄武质火山返还大气的碳各自所占有比例应是未来需研究的重要课题。

大陆下地壳是连接岩石圈地幔和上地壳的“纽带”,是地壳与地幔交换最活跃的部位。上地幔与下地壳的部分熔融及下地壳一些岩石的拆沉还可直接导致壳-幔物质的交换、循环与重组。换言之,下地壳是壳-幔作用的一个极其重要的场所,底垫、拆沉、深熔、高级变质和其他作用都在下地壳中发生和实现。然而,下地壳是以往研究地球深部和浅部关系时被“跳”过去的部位,没有得到足够的重视。克拉通化定义为大陆原来混沌的原地壳分异并形成稳定的上地壳和下地壳,并由此构建了稳定的壳-幔结构,这种空前的稳定关系从形成起一直维持到现在,是大陆演化、洋-陆与壳-幔相互作用的基础。在板块边界的造山过程中,如洋-陆的俯冲碰撞特别是陆-陆碰撞,可以形成不同大陆地块的陆壳叠置、加厚、垮塌、拆沉、底垫和重新稳定,在造山带根部形成新的下地壳,即造山带型下地壳。本文重点讨论了克拉通型下地壳演化过程,强调了其动力学意义及其在大陆动力学研究中的重要地位,建议在深地研究和学科布局中给与充分重视。

数字孪生在航天、工业制造领域已应用了20多年,但引入海洋科学还是首次。通过数字孪生技术,实现真实地球与虚拟地球的融合,构建一个真实地球与数字地球的虚实共同体,这里称为“元地球”。本文介绍了元地球与早期提出的数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球的本质区别,进而突出元地球理念或思想上的巨大突破。基于现今元宇宙BIGANT技术体系,构架跨越地球各圈层的实时、全天候、立体观测感知系统,打通地球系统各圈层动力学模拟隔阂,实现超越现今地球,再现深时地球,实现时空穿越,从而集数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球、现今地球、深时地球的特性于一个共同体,这个深时的虚实共同体就是元地球。这一理念必将催生新的技术范式变革,进而超越现实地球、虚拟地球,开启人类认识地球、探测地球、开发地球的全新方式。在实现研究范式转换的同时,推动元地球的多场景应用,这也必将催生未来的万亿新产业。

水岩相互作用会导致流体中元素的价态、赋存形式等发生改变,进而对元素的富集成矿、循环通量等产生影响。由于地球深部样品与实验数据有限,建立和使用地球深部流体模型可以有效地增加人们对深部流体及水岩相互作用的认知。Deep Earth Water(DEW)模型是一种描述地球深部流体热力学性质的数据库,其可以与矿物热力学数据库联用,实现对地球深部水岩相互作用过程的模拟研究。本文阐释了使用DEW模型描述深部流体的必要性,叙述了应用DEW模型进行深部流体物种和水岩相互作用计算的基本原理,介绍了一种基于DEW模型计算流体物种的软件——FluidsLab,列举了地球深部流体以及水岩相互作用的应用案例与研究现状,最后对DEW模型后续的应用与发展方向进行展望。